Micro- and nano-sized aluminized fuels for hybrid rockets : thermal properties, powder distribution, fuel ignition

The objective of the present study is the experimental investigation of solid fuels for hybrid-propulsion systems. The selected fuel formulations, containing HTPB and micro-/nano-sized Al particles, were examined in terms of: thermal analysis of fuel ingredients and fuel formulations via thermogravimetry, in the laboratory of Tomsk Polytechnic University; ignition delay time under laser radiation as a function of the fuel initial temperature, on a dedicated experimental line of the Space Propulsion Laboratory (SPLab) of Politecnico di Milano; Al particles spatial distribution in the fuel blend before and after combustion via SEM elemental analysis in the laboratory of Tomsk Polytechnic University. Interesting results were obtained from all the analysed areas under study. The ignition delay investigation involves the ignition and re-ignition processes, which is of paramount importance for the development of hybrid space propulsion.

Il lavoro oggetto di questa tesi si propone di contribuire, attraverso una estensiva indagine sperimentale, allo sviluppo della tecnologia di tipo ibrido in applicazioni di propulsione spaziale. L'obiettivo specifico della tesi è l'analisi sperimentale di alcune formulazioni di combustibili a base di polibutadiene a terminazione idrossilica (HTPB), con l'aggiunta di additivi energetici. Queste formulazioni, ben conosciute e largamente utilizzate, sono state analizzate in ambiti di studio generalmente meno approfonditi, come il grado di dispersione degli additivi energetici nel grano di combustibile solido e lo studio del transitorio di accensione in funzione della temperatura iniziale del combustibile.